一種“一面兩孔”定位銷設計方法

袁禮彬

(常州南車鐵馬科技實業有限公司，江蘇常州213015)

定位銷是夾具中最為常用的元件之一，尤其在箱體、蓋板、支架等工件加工時，利用一面兩孔定位，使設計基準和工藝基準重合，以減小定位誤差。按一面兩孔定位方式設計夾具定位元件，最主要工作是進行菱形銷結構設計及尺寸計算。在經典夾具設計教材或設計手冊中，提供的菱形銷與定位孔間最小間隙的計算公式為［1］

式中:b為菱形銷的寬度;δLg為工件兩定位孔中心距公差;δLj為兩定位銷中心距公差;D為與菱形銷相配合的孔的直徑。

式(1)中提供的菱形銷與定位孔之間最小間隙，是在被加工工件的兩定位孔中心距、圓柱銷與菱形銷之間中心距都處于極限偏差，而且方向相反的情況下計算出來。這說明，當定位孔與菱形銷之間配合間隙小于該值，工件兩定位孔與兩定位銷(菱形銷與圓柱銷)就可能發生干涉現象，導致工件不能正確地定位。

按照傳統的一面兩孔的設計思想來設計菱形銷，首先需要確定兩定位孔中心距公差δLg、兩定位銷之間中心距公差δLj，以及定位孔直徑，按式(1)計算出菱形銷與定位孔間最小間隙Δmin，最終確定菱形銷直徑(D－Δmin)及制造公差。

基于這種設計方法，首先要確定較為合理的兩定位銷之間中心距公差δLj。但在實踐中較為困難，而且最終容易導致菱形銷與定位銷、圓柱銷的公稱尺寸不同。筆者在實際的夾具設計實踐中，采用如下設計方法。

1 定位銷主要尺寸的確定

常用標準定位銷尺寸已有明確的規定，設計時應盡量選用標準的定位銷。機床夾具及零部件國家標準GB/T2205和GB/T2204規定了各種常見規格定位銷的尺寸與公差，定位銷與定位孔之間也有推薦的配合公差帶，通常為H8/f7和H7/g6兩種。按這種配合性質，定位銷與定位孔的公稱尺寸相同，兩者之間最小間隙也就隨之確定。

由式(1)可求得

通過式(2)可計算出兩定位銷中心距公差與兩定位孔中心距公差之和。

按上述方法設計定位銷，首先要設定定位銷與定位孔配合公差帶，確定最小間隙Δmin;然后依據定位孔的公稱尺寸，按設計手冊查菱形銷的圓弧寬度，計算出兩定位銷中心距公差與兩定位孔中心距公差之和;工件兩定位孔中心距公差通常為已知值，這樣就可以得到兩定位銷中心距公差值。

2 合理選擇定位銷的結構形式

在確定定位銷的直徑尺寸之后，下一步便要進行結構設計。

傳統教材和手冊提供的計算公式(1)的導出，主要是基于圖1a所示菱形銷結構。而在進行夾具施工圖樣設計時要參照圖1b所示菱形銷的結構。兩者區別在于后者對于尖角進行了修圓。修圓主要作用體現在兩個方面:(1)避免在裝卸工件時，菱形銷插入定位孔碰到孔壁;(2)進一步避免菱形銷與定位孔之間的干涉。根據定位銷與夾具體之間關系，可把定位銷分為固定式定位銷和移動式定位銷兩類。

2.1 標準定位銷

在一般情況下，應該盡量選用標準定位銷，如圖2a所示。該定位銷結構簡單，安裝方便。在大批量生產時，由于機械磨損、工件裝卸時造成磕碰等原因，致使定位銷精度喪失。為更換方便，可改變定位銷的結構形式，如圖2b。不過定位銷與夾具體配合部分公差帶由r6調整為h6，端部的螺紋起固定連接作用。當夾具體定位孔為盲孔，需對圖2a所示的定位銷作進一步改進，可采取圖3所示的結構。圖3a所示的固定式定位銷中間部位設置了通孔，定位銷安裝時在盲孔底部放置一個帶螺紋孔的墊圈，需更換定位銷時采用螺釘等工具進行拉拔。圖3b所示定位銷利用螺釘可很方便地從盲孔中取出。

2.2 專用固定式定位銷

在一些特殊情況下，標準定位銷無論是結構、尺寸和強度等方面，均不能滿足工裝保證工件加工精度要求，要對標準定位銷結構作改進，須設計專用定位銷。圖4是某箱體生產線上使用的專用固定式定位銷。與標準定位銷相比，它有以下特點:

(1)加長了軸向長度，以滿足工裝空間結構上要求;

(2)增大定位銷與工裝連接面的尺寸，并加粗底部，保持足夠的強度和剛度;

(3)倒角與圓柱定位部分之間作修圓處理，減小工件安裝時的阻力;

(4)用內六角螺釘固定定位銷，加工工件時增強了定位銷承受斷續切削形成的沖擊力。

2.3 移動式定位銷

在很多情況下要采用移動式定位銷。其目的主要是考慮工件重量較大，裝卸時工件兩定位孔直接對正定位銷有一定困難，采用先讓工件初步定位，然后將移動式定位銷插入，方便操作。

如圖5所示的定位插銷是一種常見的移動式定位銷，用于手動操作的場合。圖5a所示的圓柱定位銷定位部分銑成一小平面，是考慮定位插銷插入定位孔時，便于滯留在其中空氣的排出。圖5b所示的菱形插銷中間軸肩上銑出定向槽，作用是確定菱形銷定位時周向方向。圖6所示的為浮動定位銷，主要由起導向作用的襯套、浮動銷、壓縮彈簧和調整螺堵組成。由于這種浮動定位銷裝置軸向未被控制，浮動定位銷又制成錐形，因此定位銷在壓縮彈簧作用下，始終能與定位孔保證無間隙配合，從而解決了定位孔因精度不高使定位精度差，造成產品質量差的問題。這種結構主要用于鑄件和沖壓件加工時工件的定位。

因運輸等原因，組合機床上常采用通用伸縮式定位銷結構［2］，如圖7所示。常用的伸縮式定位銷分為裝配式(圖7a)和整體式(圖7b)，其工作原理與圖5所示的定位銷相同。其結構上有如下特點:(1)定位銷端部設有防塵罩，防止加工過程中產生的金屬切屑以及其他雜物進入襯套;(2)定位銷的上下移動靠拔桿組件的驅動。

綜上所述，采用一面兩銷定位時，應充分重視定位銷的結構類型。當工件較輕、批量較小時，用手裝入固定式定位銷無疑是可行的。但工件體積、重量、批量較大時，采用固定式定位銷則帶來許多不便。首先采用手動安裝工件易引起疲勞，即使吊裝也難以對準，故會導致輔助時間增加。其次由于安裝時不便觀察，有可能將定位銷撞彎或折斷，所以應采用移動式定位銷，使定位銷順利插入定位孔中?？傊?，在進行夾具設計時，設計者要根據加工工件的定位方案、工件具體結構、生產線裝料方式以及生產節拍等因素，合理選用合適的定位銷結構形式。

3 定位誤差計算分析

一面兩孔定位方案設計完成后，要通過分析計算加工精度參數在該定位方案下產生的定位誤差來校核定位方案的可行性。以一面兩孔定位時，存在著位移誤差和轉角誤差。位移誤差取決于圓柱銷與定位孔的配合精度以及最小安裝間隙;轉角誤差取決于兩定位銷與定位孔之間最大配合間隙、中心距等因素。但在夾具設計實際中，往往不進行定位誤差計算，主要是基于以下幾點考慮:

(1)在夾具設計時，定位誤差一般要求小于工序加工誤差的1/3～1/5，是容易滿足的;

(2)對于兩個加工面需要保證相互位置精度，在進行工藝設計時，一般都會安排在一次安裝中完成加工，這樣定位誤差就不會對它們的相互位置產生影響;

(3)如果某加工面對定位孔有較高的位置精度要求，通常會把這個面和定位孔安排在同一工序中加工。

4 結語

筆者提供了基于夾具設計實踐總結出的設計流程，介紹了定位銷設計方法與結構，這些經驗在生產實踐中到得很好驗證，對靈活使用定位銷具有較高參考價值。

［1］白成軒.機床夾具設計新原理［M］.北京:機械工業出版社，1997.

［2］劉守勇.機械制造工藝與機床夾具［M］.北京:機械工業出版社，2006.